固体物理学课程教学大纲大全

第一篇：固体物理学课程教学大纲大全

《固体物理学》课程教学大纲

一、课程说明

（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；

《固体物理学》是物理学院的主干基础课之一，是针对微电子专业的本科生开设于二年级的第二学期的专业基础课，4个学分，课堂讲授72学时。

（二）课程简介、目标与任务；

固体物理学是研究固体物质的物理性质、微观结构、构成物质的各种粒子的运动形态，及其相互关系的科学。它是物理学中内容极丰富、应用极广泛的分支学科，同时也是微电子专业本科生学习《半导体物理学》、《半导体材料》和《固体电子器件》等后续课程的基础。

本课程以点阵及晶体对称性为主线，以周期结构中的波动问题贯穿固体物理的整个教学内容。掌握包括对点阵及晶体对称性的定义、表征和检测，以及在晶体中物质的运动规律。在掌握知识架构的同时，对固体物理中处理多体问题的方法及其局限性有所了解，并了解一些重要概念的实验探测。

（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接； 先修课程要求：《力学》《量子物理》《热学》《热力学统计物理》 先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接：

《力学》中的处理物体运动的基本规律，尤其是振动与波动内容，是本课程第四章结合周期性晶体结构推演格波性质的基础。

《量子力学》或《量子物理》中的升降算符与谐振子的能量量子化，是提出声子（晶格振动的能量量子）的理论基础。

《量子力学》或《量子物理》中关于散射态的处理，如直角势垒和直角势阱的散射态，是学习电子声子散射和电子杂质散射的理论基础，也是学习电子在周期性势场下行为的基础。

《量子力学》或《量子物理》中关于束缚态的处理，是本课程第八章学习非本征半导体的理论基础。

《原子物理学》或《量子物理》中类氢原子的量子理论基础，原子的壳层结构，电子的自旋，是本课程第三章学习晶体结合的理论基础。

《热力学统计物理》和《热学》的基本原理，气体分子动理论，能量均分定理，内能和热容，平衡态的统计规律，是学习本课程第五章声子热学性质的基础。

《热力学统计物理》和《热学》中近独立粒子的最概然分布，是学习第六章自由电子费米气体的理论基础。

（四）教材与主要参考书。

本课程的教材采用国际上知名的基特尔的《固体物理学导论（第八版）》，此教材已在全球100多个国家和地区的高等院校中采用。本科阶段主要讲授该书的前九章，这部 分内容已涵盖了教育部关于本课程的基本要求。课程讲授过程中，每章结束后要为学生上一次习题课，以加深学生对基本物理概论的理解。同时每章都为学生留适量习题供学生选作。主要参考书：

刘友之 《固体物理习题指导书》 黄昆 《固体物理学》

Ashcroft/Mermin 《Solide state physics》英文教材

二、课程内容与安排

绪论

第一章 晶体结构

第一节 原子的周期性阵列 第二节 晶格的基本类型 第三节 晶面指数系统 第四节 简单晶体结构 第二章 晶体衍射和倒格子

第一节 晶体衍射 第二节 散射波振幅 第三节 布里渊区

第四节 结构基元的傅里叶分析 第三章 晶体结合与弹性常量

第一节 晶体结合的基本形式

第二节 惰性元素晶体（分子晶体）第三节 离子晶体 第四节 共价晶体 第四章 声子（I）：晶格振动

第一节 单原子结构基元情况下的晶格振动 第二节 基元中含有两个原子的情况 第三节 弹性波的量子化 第四节 声子动量

第五节 声子引起的非弹性散射 第五章 声子（II）：热学性质

第一节 声子比热容

第二节 非谐晶体相互作用 第三节 导热性 第六章 自由电子费米气

第一节 自由电子费米气的物理模型 第二节 能级和轨道 第三节 电子气的比热容 第四节 电导率和欧姆定律

第五节 电子在外加磁场中的运动 第六节 金属热导率 第七章 能带

第一节近自由电子模型 第二节 布洛赫定理

第三节 克勒尼希-彭尼模型

第四节 电子在周期性势场中的波动方程 第五节 能带图示法 第六节 金属与绝缘体 第八章 半导体晶体

第一节 运动方程 第二节 有效质量 第三节 回旋共振

第四节 本征载流子浓度 第五节 杂质导电性 第九章 费米面和金属

第一节 费米面构图法

第二节 电子在恒定磁场下的运动轨道 第三节 等能面与轨道密度 第四节 紧束缚近似

第五节 费米面研究中的实验方法

（一）教学方法与学时分配

采用以课堂讲授为主、结合习题讨论和随堂提问的方法，促进学生认真听讲及课后复习整理。学时分配如下：

绪论（2学时）第一章（6学时）第二章（6学时）第三章（6学时）第四章（8学时）第五章（8学时）第六章（10学时）第七章（10学时）第八章（8学时）第九章（8学时）

（二）内容及基本要求 主要内容：

绪论： 固体物理的发展，在微电子与固体电子学科基础理论中的重要地位，参考书目

第一章：晶体空间对称性的描述方法，基本的晶体结构，晶面指数，布喇菲点阵类型，对称操作

第二章：倒格子与倒格子矢量，倒格子矢量与晶面指数的关系，布拉格定理与劳 埃衍射条件，布里渊区，X射线实验方法，基元的集合结构因子。

第三章：晶体结合的基本形式，内聚能，范德瓦尔斯相互作用，离子晶体的吗德隆能，晶体平衡最近邻距离。

第四章：格波与声子，晶体振动的色散关系，第一布里渊区，声学支与光学支。第五章：模式密度，描述晶体热容的两种模型：爱因斯坦模型与德拜模型，非简谐效应，热膨胀

第六章：自由电子理论的物理模型，费米狄拉克统计规律，自由电子的状态密度，自由电子在基态下的性质，自由电子气体的热学性质，金属电导率与热导率。第七章：布洛赫定理，周期性势场中的电子波动方程，弱周期性势场中电子的行为，能隙的产生，能带的构图方法，从能带理论理解金属与绝缘体

第八章： 准经典近似，布洛赫电子在外加电磁场中的运动规律，空穴，电子和空穴在恒定电场下的准经典运动，有效质量，回旋共振，本征载流子浓度。

第九章：费米面，费米面构图法，紧束缚近似，磁场中的轨道量子化，德哈斯-范阿尔芬效应。

【重点掌握】：晶体空间对称性的描述方法，基本的晶体结构，倒格子与倒格子矢量，布拉格定理与劳埃衍射条件，布里渊区，晶体结合的基本形式，格波与声子，描述晶体热容的两种模型：爱因斯坦模型与德拜模型，自由电子理论的物理模型，布洛赫定理，周期性势场中的电子波动方程，有效质量，紧束缚近似。

【掌握】：晶面指数，布喇菲点阵类型，对称操作，内聚能，范德瓦尔斯相互作用，离子晶体的吗德隆能，第一布里渊区，声学支与光学支，费米面，费米面构图法，紧束缚近似，磁场中的轨道量子化，德哈斯-范阿尔芬效应，准经典近似，布洛赫电子在外加电磁场中的运动规律，空穴，电子和空穴在恒定电场下的准经典运动。

【了解】： 非简谐效应，热膨胀，回旋共振，电子和空穴在恒定电场下的准经典运动，本征载流子浓度，磁场中的轨道量子化，德哈斯-范阿尔芬效应。

【难点】：倒格子与倒格子矢量，格波与声子，自由电子理论的物理模型，布洛赫定理，紧束缚近似，制定人：范小龙

审定人： 批准人：

日 期：2016年6月27日

第二篇：《半导体物理学》课程教学大纲

《半导体物理学》课程教学大纲

一、课程说明

（一）课程名称：《半导体物理学》

所属专业：物理学（电子材料和器件工程方向）

课程性质：专业课

学 分：4学分

（二）课程简介、目标与任务：

《半导体物理学》是物理学专业（电子材料和器件工程方向）本科生的一门必修课程。通过学习本课程，使学生掌握半导体物理学中的基本概念、基本理论和基本规律，培养学生分析和应用半导体各种物理效应解决实际问题的能力，同时为后继课程的学习奠定基础。

本课程的任务是从微观上解释发生在半导体中的宏观物理现象，研究并揭示微观机理；重点学习半导体中的电子状态及载流子的统计分布规律，学习半导体中载流子的输运理论及相关规律；学习载流子在输运过程中所发生的宏观物理现象；学习半导体的基本结构及其表面、界面问题。

（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接：

本课程的先修课程包括热力学与统计物理学、量子力学和固体物理学，学生应掌握这些先修课程中必要的知识。通过本课程的学习为后继《半导体器件》、《晶体管原理》等课程的学习奠定基础。

（四）教材与主要参考书：

［1］刘恩科，朱秉升，罗晋生.半导体物理学（第7版）［M］.北京：电子工业出版社.2011.［2］黄昆,谢希德.半导体物理学［M］.北京：科学出版社.2012.［3］叶良修.半导体物理学（第2版）［M］.上册.北京：高等教育出版社.2007.［4］S.M.Sze, Physics of Semiconductor Devices(2nd ed.), Wiley, New York, 2006.二、课程内容与安排

第一章 半导体中的电子状态

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节

半导体的晶格结构和结合性质 半导体中的电子状态和能带

半导体中电子的运动 有效质量 本征半导体的导电机构 空穴 回旋共振

硅和锗的能带结构 第七节 第八节 第九节 第十节 III-V族化合物半导体的能带结构 II-VI族化合物半导体的能带结构 Si1-xGex合金的能带 宽禁带半导体材料

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约8-10学时。限于学时，第8-10节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章将先修课程《固体物理学》中所学的晶体结构、单电子近似和能带的知识应用到半导体中，要求深入理解并重点掌握半导体中的电子状态（导带、价带、禁带及其宽度）；掌握有效质量、空穴的概念以及硅和砷化镓的能带结构；了解回旋共振实验的目的、意义和原理。

本章的重点包括单电子近似，半导体的导带、价带、禁带及其宽度，有效质量，空穴，硅、砷化镓的能带结构。难点为能带论，硅、砷化镓能带结构，有效质量。第二章 半导体中杂质和缺陷能级

第一节 第二节 第三节 第四节 硅、锗晶体中的杂质能级 III-V族化合物中的杂质能级

氮化镓、氮化铝、氮化硅中的杂质能级 缺陷、位错能级

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约3-4学时。限于学时，第3节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要介绍在常见半导体的禁带中引入杂质和缺陷能级的实验观测结果。要求学生根据所引入的杂质能级情况，理解杂质的性质和作用，分清浅能级杂质和深能级杂质；重点掌握施主杂质和n型半导体、受主杂质和p型半导体的概念；掌握杂质电离、电离能、杂质补偿、杂质浓度的概念，了解缺陷、位错能级的特点和作用。

本章的重点包括施主杂质和施主能级，受主杂质和受主能级，浅能级杂质和深能级杂质，n型半导体和p型半导体，杂质补偿作用等。难点为杂质能级，杂质电离过程。第三章 半导体中载流子的统计分布

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 状态密度

费米能级和载流子的统计分布 本征半导体的载流子浓度 杂质半导体的载流子浓度 一般情况下的载流子统计分布 简并半导体

电子占据杂质能级的概率

（一）教学方法与学时分配 课堂讲授，大约8-10学时。限于学时，第7节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论半导体中载流子浓度随温度的变化规律，解决如何计算一定温度下半导体中热平衡载流子浓度的问题。通过本章的学习，要求掌握状态密度、费米分布和玻尔兹曼分布、费米能级、导带和价带有效状态密度的概念；重点掌握应用电中性条件和电中性方程，推导本征半导体的载流子浓度，计算在各种不同杂质浓度和温度下杂质半导体的的费米能级位置和载流子浓度；掌握非简并半导体和简并半导体的概念以及简并化条件。

本章重点包括波矢空间的量子态分布、半导体导带底、价带顶附近的状态密度计算，费米分布函数和玻耳兹曼分布函数及其物理意义，本征半导体、杂质半导体载流子浓度的计算。难点为半导体导带底、价带顶附近的状态密度计算，费米能级和载流子的统计分布，杂质半导体载流子浓度的计算。第四章 半导体的导电性

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 载流子的漂移运动和迁移率 载流子的散射

迁移率与杂质浓度和温度的关系 电阻率及其与杂质浓度和温度的关系 玻耳兹曼方程、电导率的统计理论 强电场下的效应、热载流子 多能谷散射、耿氏效应

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约7-8学时。限于学时，第5节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论载流子在外加电场作用下的漂移运动，讨论半导体的迁移率、电导率随温度和杂质浓度的变化规律。要求重点掌握迁移率的概念；掌握电离杂质散射、晶格振动散射的机理、散射几率与杂质浓度及温度的关系；掌握迁移率、电导率（电阻率）与杂质浓度及温度的关系；了解强电场效应以及砷化镓的负微分电导、耿氏效应。

本章重点包括电导率、迁移率概念及相互关系，迁移率、电阻率随温度和杂质浓度的变化规律，强电场效应。难点为载流子的散射机构，电导率与迁移率的关系，强电场效应。

第五章 非平衡载流子

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节

非平衡载流子的注入与复合 非平衡载流子的寿命 准费米能级 复合理论 陷阱效应

载流子的扩散运动

载流子的漂移运动，爱因斯坦关系式 连续性方程式

硅的少数载流子寿命与扩散长度

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约10学时。限于学时，第9节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论非平衡载流子的产生、复合及其运动规律。通过学习，要求掌握非平衡载流子的产生、寿命、复合及其复合机构，准费米能级，陷阱效应，载流子的漂移和扩散等概念；掌握非平衡载流子的复合理论；了解爱因斯坦关系；理解并灵活应用电流密度方程和连续性方程。

本章重点包括非平衡载流子的产生、复合，非平衡载流子寿命，载流子的扩散和漂移运动，连续性方程运用等。难点为复合理论，爱因斯坦关系，连续性方程的应用。第六章 pn结

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 pn结及其能带图 pn结电流电压特性 pn结电容 pn结击穿 pn结隧道效应

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约6-7学时。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论pn结的性质。通过学习要求掌握pn结的物理特性、能带结构以及接触电势差的计算；掌握I-V特性、结电容的推导；了解pn结的击穿机制和隧道效应。

本章重点包括空间电荷区，pn结接触电势差，载流子分布，I-V特性，结电容，击穿机制，隧道效应等。难点为I-V特性，结电容。第七章 金属和半导体的接触

第一节 金属半导体接触及其能级图 第二节 金属半导体接触整流理论 第三节 少数载流子的注入和欧姆接触

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约3-4学时。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论金属半导体接触。通过本章学习，要求掌握理想和实际的金-半接触的能带图；对其电流传输理论的几种模型的建立、表达式的推导和应用有所了解；掌握实现良好欧姆接触和整流接触的原理和方法。

本章的重点包括金属和半导体接触的能带弯曲过程分析及简图画法。难点为金属和半导体接触的能带弯曲过程分析，热电子发射理论。第八章 半导体表面与MIS结构 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 表面态

表面电场效应

MIS结构的C-V特性 硅-二氧化硅系统的性质 表面电导及迁移率

表面电场对pn结特性的影响

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约4学时。限于学时，第5、6节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论半导体的表面现象及其相关的理论，侧重于实际的半导体表面。通过学习，要求学生了解表面状态；掌握理想MIS结构的表面电场效应、电容电压特性；学会对实际MIS结构中出现的各种情况进行分析；掌握如何用C-V法来研究半导体的表面状况；了解Si-SiO2系统的性质。

本章的重点包括半导体表面电场效应，MIS结构的C-V特性。难点为Si-SiO2系统的性质。

第九章 半导体异质结构

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 半导体异质结及其能带图

半导体异质pn结的电流电压特性及注入特性 半导体异质结量子阱结构及其电子能态与特性 半导体应变异质结构 GaN基半导体异质结构 半导体超晶格

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约5-6学时。限于学时，第4-5节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论半导体异质结的能带结构、异质pn结的I-V特性与注入特性及各种半导体量子阱结构及其电子能态等。通过学习要求学生重点掌握各种理想异质结能带结构及其画法；了解异质pn结的I-V特性和注入特性；了解异质结几种电流传输模型和重要应用；了解异质结的调制掺杂、高迁移率特性、二维电子气、应变异质结、半导体量子阱和超晶格在现代半导体器件中的应用。

本章的重点是理想异质结能带结构及其画法，半导体量子阱和超晶格结构的特性及其在现代半导体器件中的应用。难点为异质结能带图的画法。第十章 半导体的光学性质和光电与发光现象

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节

半导体的光学常数 半导体的光吸收 半导体的光电导

半导体的光生伏特效应 半导体发光 半导体激光

半导体异质结在光电子器件中的应用

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约7-8学时。限于学时，第6、7节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论光和半导体相互作用的一般规律，重点讨论光的吸收、光电导和发光等效应。通过学习，要求学生重点掌握半导体的光吸收和光电导特性；掌握光生伏特效应和太阳电池、半导体发光和LED的机理及其应用；了解各种光敏器件和半导体激光器等。

本章的重点包括半导体的光吸收及发光现象，半导体光电导，光生伏特效应，半导体激光等。难点为光电导效应，电致发光机构。

第十一章 半导体的热电性质

第一节 热电效应的一般描述 第二节 半导体的温差电动势率 第三节 半导体的珀尔帖效应 第四节 半导体的汤姆逊效应 第五节 半导体的热导率 第六节 半导体热电效应的应用

（一）教学方法与学时分配

限于学时，本章可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论由温度梯度及电流同时存在时引起的现象，介绍产生这些现象的物理机理。通过学习，要求了解半导体的热电效应的种类、应用和物理机制；掌握半导体温差电动势率的计算和影响因素。

本章的重点包括塞贝克效应，珀尔帖效应，汤姆逊效应，开耳芬关系，温差电动势率和热导率。难点为温差电动势率。第十二章 半导体磁和压阻效应

第一节 霍耳效应 第二节 磁阻效应 第三节 磁光效应 第四节 量子化霍耳效应 第五节 热磁效应 第六节 光磁电效应 第七节 压阻效应

（一）教学方法与学时分配

课堂讲授，大约3学时。限于学时，第3-7节可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章扼要讲述半导体在磁场中发生的各种效应以及对半导体施加压力时产生的压阻效应。通过学习，要求掌握半导体霍耳效应物理机制和应用；了解磁阻效应、磁光效应、量子化霍耳效应、热磁效应、光磁电效应、压阻效应等。

本章重点包括霍耳效应，磁阻效应，热磁效应，光磁电效应，压阻效应。难点为量子化霍耳效应。

第十三章 非晶态半导体

第一节 非晶态半导体的结构 第二节 非晶态半导体中的电子态

第三节 非晶态半导体中的缺陷、隙态与掺杂效应 第四节 非晶态半导体中的电学性质 第五节 非晶态半导体中的光学性质 第六节 a-Si:H的pn结与金-半接触特性

（一）教学方法与学时分配

限于学时，本章可不讲授，学生可自学。

（二）内容及基本要求

本章主要讨论非晶态半导体的基本特性。通过学习要求了解非晶态半导体的结构、电子态的特征，理解迁移率边、带隙态与掺杂效应的物理意义；掌握非晶态半导体光学、电学性质的特点以及应用。

本章的重点包括非晶态半导体的能带结构，迁移率边，带隙态与掺杂效应，非晶态半导体的导电机制和光电导，SW效应等。难点为非晶态半导体的迁移率边，带隙态与掺杂效应。

制定人：贺德衍

审定人： 批准人： 日 期：

第三篇：半导体物理学课程教学大纲

半导体物理学 课程教学大纲

一、课程说明

（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分； 课程名称：半导体物理学 所属专业：微电子科学与工程 课程性质：专业基础课 学 分：4

（二）课程简介、目标与任务；

本课程是微电子科学与工程专业本科生必修的专业基础课。该课程的主要内容可分为三大部分。第1-5章是晶体半导体的基本知识和性质的阐述；第6-9章为半导体的接触现象；第10章介绍半导体的一些特殊效应。本课程的任务是揭示和研究半导体的微观机构，从微观的角度解释发生在半导体中的宏观物理现象。通过该课程的学习使学生熟练掌握半导体物理方面的基本概念、知识和理论及半导体物理的基本模型和分析方法，为进一步学习微电子科学的其他课程提供理论依据。此外，半导体物理学是半导体材料、半导体工艺、半导体器件及半导体集成电路等相关研究领域的专业基础课，是微电子学与固体电子学专业方向硕士、博士研究生入学考试必考科目。在微电子科学与工程专业教学中占有重要地位。

该课程的目的是使学生全面地了解和掌握半导体物理的基本知识和基本理论，重视理论与实践的结合，能够利用所学知识解决实际问题，为学生将来从事半导体物理方面的理论研究和相关后续课程的学习打好基础。

（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接； 先修课程：量子力学、固体物理、热力学统计物理

本课程的学习需要掌握量子力学、固体物理及热力学统计物理的基本物理概念、模型及理论。需要了解微观物质的基本运动规律、固体物质的物理性质、微观结构、构成物质的各种粒子的运动形态、相互关系以及统计物理的基本概念。这几门课程分别为本课程的学习提供最基本的理论支持。同时半导体物理学也是后续相关课程如：半导体材 料、半导体工艺、器件及集成电路等课程的基本理论基础。

（四）教材与主要参考书。

教材：

刘恩科、朱秉升、罗晋生编，《半导体物理学》，电子工业出版社，2011，第七版。主要参考书：

1.钱佑华、徐至中，《半导体物理学》，高等教育出版社，1999，第一版

2.Semiconductor Physics and Devices Basic Principle(3rd Edition)，Donald A.Neamen, McGraw-Hill Co.2000(清华大学出版社 影印版，2003.12)《半导体物理与器件》》(第三版)国外电子与通信教材系列作者：A.Neamen，电子工业出版社，2005。

二、课程内容与安排

第一章 半导体中的电子状态 第一节 半导体的晶格结构和结合性质 第二节 半导体中的电子状态和能带 第三节 半导体中的电子的运动、有效质量 第四节 本征半导体的导电机构、空穴 第五节 回旋共振 第六节 硅和锗的能带结构

第七节 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的能带结构 第二章 半导体中的杂质和缺陷能级 第一节 硅、锗晶体中的杂质能级 第二节 Ⅲ-Ⅴ族化合物中的杂质能级 第三节 缺陷、位错能级

第三章 半导体中载流子的统计分布 第一节 状态密度

第二节 费米能级和载流子的统计分布 第三节 本征半导体的载流子浓度 第四节 杂质半导体的载流子浓度 第五节 一般情况下的载流子统计分布 第六节 简并半导体 第四章 半导体的导电性

第一节 载流子的漂移运动 和迁移率

(美)Donald

第二节 载流子的散射

第三节 迁移率及其杂质浓度及温度的关系 第四节 电阻率及其杂质浓度和温度的关系 第五节 强电场下的效应、热载流子 第六节 多能谷散射、耿氏效应 第五章 非平衡载流子

第一节 非平衡载流子的注入与复合 第二节 非平衡载流子的寿命 第三节 第四节 第五节 第六节 第八节 第九节 第六章 第一节 p-n第二节 p-n第三节 p-n第四节 p-n第五节 p-n第七章 第一节 第二节 第三节 第八章 第一节 第二节 第三节 MIS第四节 第五节 第九章 第一节 准费米能级 复合理论 陷阱效应

非平衡载流子的扩散运动 连续性方程

硅的少数载流子寿命与扩散长度 p-n结 结及其能带 结电压电流特性 结电容 结击穿 结隧道效应 金属和半导体接触 金属半导体接触及其能级图 金属半导体接触整流理论 少数载流子的注入和欧姆接触 半导体表面与MIS结构 表面态 表面电场效应

（MOS）结构的电容-电压特性 硅-二氧化硅系统的性质 表面电导及迁移率 半导体异质结构 半导体异质结及其能带图 第二节 半导体异质pn结的电流电压特性及注入特性 第三节 半导体异质结量子阱结构及其电子能态与特性 第四节 半导体超晶格 第十章 半导体霍尔效应 第一节 一种载流子的霍尔效应 第二节 两种载流子的霍尔效应 第三节 霍尔效应的应用

（一）教学方法与学时分配

1、教学方法：（1）课堂教学

采用传统板书与多媒体课件相结合的课堂教学方法。对重点、难点部分等，尽可能采用黑板书写，而对于一般性的文字叙述和图片资料，则采用多媒体教学。课后布置一定数量的习题，让学生加深理解，巩固所学的核心知识点。作业批改量达到100%。对作业中出现的错误明确指出存在的主要问题，共性问题则在答疑时集中讲解。组织若干次习题课，让学生全面系统地加深和巩固本课程的知识体系。

（2）课后答疑

每学期安排若干次答疑，及时了解学生的学习情况和对关键知识的掌握程度。

2、学时分配：

第一章 半导体中的电子状态（共8学时）第二章 半导体中的杂质和缺陷能级（共4学时）第三章 半导体中载流子的统计分布（共8学时）第四章 半导体的导电性（共8学时）第五章 非平衡载流子（共10学时）第六章 p-n结（共8学时）

第七章 金属和半导体接触（共8学时）第八章 半导体表面与MIS结构（共8学时）第九章 半导体异质结构（共6学时）第十章 半导体霍尔效应（共4学时）

（二）内容及基本要求

主要内容：该课程主要介绍半导体材料和器件的重要物理现象，阐述半导体物理的理论及有关物理量的实验方法。具体包括：硅、锗、砷化镓等晶体结构和电子状态，杂质和缺陷能级及半导体能带，载流子的统计分布、散射级电导，非平衡载流子的产生、复合及其运动规律，半导体导电性质及霍尔效应，半导体pn结及特性，金属-半导体接触的整流理论和欧姆接触，表面理论及MIS结构、异质结及半导体霍尔效应。

基本要求：通过本课程的教学，让学生掌握能带理论和半导体物理的基本概念；使学生从微观角度了解半导体中载流子的能量状态、统计分布规律和散射及电导规律；了解半导体中非平衡载流子的产生、复合、漂移和扩散等运动规律；了解掺杂和缺陷在半导体物理中的重要作用；了解半导体的特性、半导体内部载流子的基本运动规律；了解半导体的基本物理效应。

【重点掌握】：硅、锗、砷化镓等晶体结构、半导体中的电子运动、有效质量、空穴的概念；施主、受主杂质及能级等概念；浅能级、深能级杂质；杂质补偿作用与缺陷及半导体能带；波矢空间的量子态分布、半导体导带底、价带顶附近的状态密度计算；费米分布函数和玻耳兹曼分布函数及其物理意义；本征半导体、杂质半导体载流子浓度的计算；载流子统计分布、电导率、迁移率概念和相互关系及其随温度和杂质浓度的变化规律；非平衡载流子的寿命、产生、复合、扩散等运动规律；载流子的扩散和漂移运动；pn结物理特性、能带图及接触电势差的计算、载流子分布、电流电压特性、结电容、击穿机制、隧道效应；金属-半导体接触的整流理论和欧姆接触；半导体表面电场效应、MIS结构的电容-电压特性；异质结等物理现象、基本理论和及其分析方法；各种理想异质结能带图的画法；半导体霍尔效应。

【掌握】：主要半导体材料的能带结构；浅杂质能级（施主和受主）和深能级杂质的性质和作用；各种不同杂质浓度和温下的费米能级位置和载流子浓度；主要散射机构的机理、散射几率与杂质浓度及温度的关系；金属-半导体接触的能带弯曲过程分析及简图画法；电流传输理论的几种模型建立、应用和推导；掌握实现良好欧姆接触和整流接触的原理和方法；异质结几种电流传输模型和重要应用；霍耳系数的测定。

【了解】：半导体中的电子状态；回旋共振实验的目的、意义和原理。了解缺陷、位错能级的特点和作用。电流密度方程和连续性方程；实际MIS结构中出现的各种情况，并与理想C-V特性相比较，了解如何用C-V法来了解半导体的表面状况，Si-SiO2系统的性质。了解异质结几种电流传输模型和重要应用。

【一般了解】：半导体在强电场下的效应及耿氏效应，半导体超晶格材料。【难点】：能带论的定性描述和理解；锗、硅、砷化镓能带结构；杂质能级；杂质电离的过程；半导体导带底，价带顶附近的状态密度计算；费米能级和载流子的统计 分布；杂质半导体载流子浓度的计算；载流子的散射机构；电导率与迁移率的关系；强电场效应；复合理论；爱因斯坦关系；连续性方程的应用；电流电压特性、结电容；金属-半导体接触的能带弯曲过程分析；Si-SiO2系统的性质；异质结能带图的画法。（重点掌握、掌握、了解、一般了解四个层次可根据教学内容和对学生的具体要求适当减少，但不得少于两个层次）

制定人：李亚丽

审定人： 批准人： 日 期：

第四篇：材料物理学教学大纲

《材料物理学》课程教学大纲

一、课程基本信息

课程编号：13103102

课程类别：专业核心课程

适应专业：材料物理

课程总的教学时数：64学时

课程总学分：3 学分

课程简介：

材料物理是介于物理学与材料学之间的一门边缘学科，它旨在利用物理学中的一些学科的成果来阐明材料中的种种规律和转变过程。本课程试图从物理学的角度来说明物质的微观结构、组织形貌、原子电子运动状况以及它们与材料性能和成分之间的关系, 即突出了物理学的主干,从物理学的一些基本概念、基本原理、基本定律出发, 并建立相应的物理模型, 阐述材料本身的结构、性质和它们在各种外界条件下发生的变化及其变化规律。本书课程内容丰富、涉及面广、实用性强。主要介绍金属结构理论；缺陷物理；材料强化；导电物理基础；材料的介电行为；铁电物理；磁性物理；材料的相变；非晶态物理；低维材料结构。授课教材：《材料物理》王国梅、万发荣主编，武汉理工大学出版社，2004

参考书目：

[1]《材料物理学概论》，李言荣、恽正中主编，清华大学出版社，2001年。

[2]《材料物理导论》，熊兆贤主编，科学出版社，2002年。

[3]《材料物理导论》，徐毓龙主编，电子科技大学出版社，1995年。

二、课程教育目标

材料物理学是材料学中一门重要的基础课程，通过这门课程的教学，达到以下目标：

（1）要求学生能够掌握典型固体材料的结构、物理现象、性质、形成机制和应用，了解材料的制备技术和发展状况；

（2）要求学生能够掌握材料物理的基本概念，基本理论和方法技术。

三、教学内容与要求

第一章概论2学时

第二章材料结构理论

教学重点：晶体学中的一些基本概念和初步计算方法

教学难点：材料结构的实验表征方法

教学时数：6学时

教学内容：概述，原子结合与结合键，晶体结构与晶体学，准晶、非晶和液晶，材料结构的实验研究

教学方式：课堂讲授

教学要求：

（1）了解材料中原子的结合方式：离子键、共价键、极化键、金属键。

（2）掌握晶体学中的一些基本概念和初步计算方法。

（3）了解准晶、非晶、液晶的概念。

（4）熟悉材料结构的实验表征方法。

第三章缺陷物理

教学重点：点缺陷的概念、分类及其对材料物理性能的影响

教学难点：面缺陷

教学时数：6学时

教学内容：缺陷物理概述，点缺陷，原子扩散理论，离子晶体中的点缺陷及其导电性，位

错，面缺陷

教学方式：课堂讲授

教学要求：

（1）掌握点缺陷的概念、分类及其对材料物理性能的影响。

（2）了解材料中原子的扩散现象和扩散机制。

（3）了解离子晶体中的点缺陷及其导电性。

（4）掌握位错概念及其对晶体性质的影响。

（5）了解面缺陷和晶界能。

第五章导电物理

教学重点：金属材料和半导体材料的导电机制，能带理论

教学难点：半导体的物理效应

教学时数：8学时

教学内容：导电物理概述，材料的导电性能，半导体与p-n结，半导体的物理效应，半导

体陶瓷的缺陷化学理论基础，能带理论的应用

教学方式：课堂讲授

教学要求：

（1）掌握金属材料和半导体材料的导电机制。

（2）了解材料的导电性能与材料的结构的关系。

（3）了解一些功能材料如p-n结和晶体管。

（4）了解材料中光电的相互联系及其应用。

第六章电介质物理

教学重点：电介质理论，电介质的极化响应及行为，电介质的电荷转移、电导、损耗及击

穿等特性

教学难点：静电场中的电介质行为

教学时数：10学时

教学内容：电介质概述，静电场中的电介质行为，变动电场中的电介质行为及损耗，极化

驰豫，动态介电系数，固体电介质的电导与击穿

教学方式：课堂讲授

教学要求：

（1）掌握电介质的极化响应及行为。

（2）掌握电介质的电荷转移、电导、损耗及击穿等特性。

（3）了解电介质的概念、分类及四大基本常数。

（4）掌握电介质理论。

第七章铁电物理

教学重点：铁电物理学的一些基本概念，铁电体的电畴和电滞回线

教学难点：铁电体的电畴和电滞回线

教学时数：8学时

教学内容：铁电物理的一般性质，铁电体的电畴和电滞回线，铁电相变与晶体的结构变化，铁电体物理效应，铁电物理效应的实验研究

教学方式：课堂讲授

教学要求：

（1）掌握铁电物理学的一些基本概念。

（2）了解自发极化产生的机制、铁电相变与晶体结构的变化。

（3）了解极化状态在各种外界条件下的变化，即各种物理效应：介电响应、压电、热释电、电致伸缩、光学效应等。

（4）掌握铁电体的电畴和电滞回线。

第八章磁性物理

教学重点：物质磁性的来源、原子磁矩的计算和材料中原子磁矩的计算规则，磁性分类、顺磁性和抗磁性概念及居里－外斯定理

教学难点：磁畴与磁畴结构

教学时数：10学时

教学内容：磁性物理概述，原子和离子固有的磁矩，物质的抗磁性和顺磁性，铁磁性的分

子场理论，亚铁磁性的分子场理论，铁磁体中的磁晶各向异性、磁致伸缩，磁

畴与磁畴结构

教学方式：课堂讲授

教学要求：

（1）掌握物质磁性的来源、原子磁矩的计算和材料中原子磁矩的计算规则。

（2）掌握磁性分类、顺磁性和抗磁性概念及居里－外斯定理。

（3）了解铁磁性的分子场理论和亚铁磁性的超交换理论。

（4）了解铁磁性物质内部的能量和磁畴的形成。

第九章 材料的相变

教学重点：相变的基本类型，有序-无序相变，朗道相变理论

教学难点：朗道相变理论

教学时数：6学时

教学内容：概述，相变的基本类型，马氏体相变，有序无序相变，朗道相变理论概要，相

变微观理论简介，相变的实验研究

教学方式：课堂讲授

教学要求：

（1）掌握相变的基本类型和划分的依据

（2）了解马氏体相变和朗道相变理论

（3）了解相变微观理论。

第十章 非晶态物理基础

教学重点：非晶态固体的结构，非晶态半导体

教学难点：非晶态半导体

教学时数：4学时

教学内容：概述，非晶态固体的结构，非晶态固体结构模型，非晶态固体的形成，非晶态

半导体

教学方式：课堂讲授

教学要求：

（1）掌握非晶态固体的结构特点以及非晶态半导体的电子态和能带模型

（2）知道非晶态固体的形成（3）了解非晶态半导体的电导

第十二章 低微材料结构

教学重点：薄膜的结构和缺陷，薄膜的表面和界面

教学难点：界面结构和界面特性、电接触

教学时数：4学时

教学内容：薄膜的形成，薄膜的结构和缺陷，薄膜的表面和界面，薄膜的尺寸效应薄膜和

基片的附着

教学方式：课堂讲授

教学要求：

（1）掌握薄膜形成的理论基础，掌握薄膜的尺寸效应

（2）知道附着机理和附着的基本概念

（3）了解薄膜的内应力

四、作业

该课程原则上每次课都布置作业，除了教材中的习题，也可以补充一些典型习题。

五、考核方式与成绩评定

考核方式：考试。

成绩评定：总评成绩=平时成绩（30%）+期末考试（70%），其中平时成绩是平时作业与出勤情况，视具体情况而定。

执笔人：

责任人：

2013年8月

第五篇：原子物理学教学大纲

原子物理学 课程教学大纲

一、课程说明

（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；

课程名称：原子物理学 所属专业：物理学专业 课程性质：基础课 学

分：4

（二）课程简介、目标与任务；

原子物理学是物理类专业本科生的专业必修课，以物质结构的第一个微观层次（原子）为研究对象，是联接经典物理和近代物理的一门承上启下的课程。在理论方法上，该课程揭露经典理论在原子这一微观层次遭遇到的困难，并且为了解决这些困难而引入量子力学，学生将在本课程中较为系统地学习到量子力学的基本概念、基本原理、基本思想和方法。在应用实践上，通过本课程的学习，学生将系统性地了解和掌握原子物理学的发展历史，获得有关原子的电子结构、性质及其与外场相互作用的系统性知识，为以后从事相关的科学研究、生产应用和教学工作打下良好的基础。

（三）先修课程要求，与先修课之间的逻辑关系和内容衔接；

先修课程：《高等数学》、《数学物理方法》、《力学》、《理论力学》、《热学》、《电磁学》、《光学》

关系：《高等数学》和《数学物理方法》是学习原子物理学的数学基础。《力学》、《理论力学》、《热学》、《电磁学》和《光学》包含了学生在学习原子物理学之前需要掌握的必要的经典物理知识。有了这些准备知识才能理解为何不能用经典理论来研究原子体系，从而必须引入量子力学。

（四）教材与主要参考书；

选用教材：杨福家, 《原子物理学》 第四版, 高等教育出版社, 2010 主要参考书： 1, C.J.Foot，《Atomic Physics》，Oxford University Press，2005 2, H.Friedrich，《Theoretical Atomic Physics》，Springer，2006 3, 褚圣麟，《原子物理学》，高等教育出版社，1987 4, 曾谨言，《量子力学》，科学出版社，2000 5, 卢希庭，《原子核物理》，原子能出版社，1981

二、课程内容与安排

绪 论 原子物理学的发展历史（2学时）【了解】

第一章 原子的组成和结构（5学时）

第一节 原子的质量和大小【掌握】 第二节 电子的发现【了解】 第三节 原子结构模型【了解】

第四节 原子的核式结构，卢瑟福散理论【重点掌握】【难点】 第五节 卢瑟福理论的成功和不足【掌握】

第二章 原子的量子态，玻尔理论（8学时）

第一节 背景知识：黑体辐射、光电效应和氢原子光谱【掌握】 第二节 玻尔的氢原子理论【重点掌握】【难点】 第三节 玻尔理论的实验验证【掌握】

第四节 玻尔理论的推广：椭圆轨道理论和碱金属原子光谱【重点掌握】 第五节 玻尔理论的成功与缺陷【掌握】

第三章 量子力学导论（18学时）【重点掌握】【难点】

第一节 波粒二象性 第二节 不确定关系 第三节 波函数及其统计解释 第四节 态叠加原理 第五节 薛定谔方程 第六节 薛定谔方程应用举例 第七节平均值和算符 第八节 量子力学总结

第九节 氢原子／类氢离子的量子力学解法 第十节 爱因斯坦关于辐射和吸收的唯象理论 第十一节 量子跃迁理论，含时微扰论 第四章 原子的精细结构，电子自旋（14学时）【重点掌握】【难点】

第一节 电子的轨道磁矩 第二节 施特恩－盖拉赫实验 第三节 电子的自旋和自旋磁矩

第四节 相对论量子力学初步，狄拉克方程 第五节 自旋轨道相互作用，原子的精细结构 第六节 外场对原子的作用，定态微扰论

第七节 外磁场对原子的作用，塞曼效应，帕邢－巴克效应 第八节 外电场对原子的作用，斯塔克效应，运动电场

第五章 多电子原子，泡利原理（10学时）【重点掌握】【难点】

第一节 多电子的耦合 第二节 氦原子的光谱和能级 第三节 泡利不相容原理

第四节 量子多体理论初步，平均场近似 第五节 原子的壳层结构，元素周期表 第六节 原子基态，洪特定则，朗德间隔定则 第七节 氦原子／类氦离子的量子力学解法

第六章 Ｘ射线（5学时）

第一节 Ｘ射线的发现和波动性【了解】 第二节 Ｘ射线的产生机制【掌握】 第三节 康普顿散射【重点掌握】 第四节 Ｘ射线在物质中的吸收【了解】

第七章 原子核物理概论（10学时）

第一节 原子核物理的研究对象和发展历史【了解】 第二节 核的基态性质一：核质量，结合能【掌握】 第三节 核力的介子理论【了解】 第四节 核的基态性质二：核矩【掌握】 第五节 原子核多体问题的困难【了解】

第六节 核结构模型：费米气体模型、液滴模型、壳模型、集体运动模型【了解】 第七节 放射性衰变的基本规律【掌握】

第八节 阿尔法衰变、贝塔衰变和伽玛衰变【掌握】 第九节 穆斯堡尔效应【掌握】 第十节 核反应，Ｑ方程【掌握】

第十一节 核反应模型：复合核模型、光学模型、黑核模型、蒸发模型【了解】 教学方法：教学中始终突出以学生为本的教育理念，重视课程的规划和建设，按照课程体系制定规范的教学大纲和教学进度表；因材施教使学生掌握物理学的发展脉络和做科研的方法，使学生变被动学习为主动学习，真正达到从会学到好学；通过启发式教学培养学生较强的主动思考习惯，注重对大学生创新思维和解决实际问题能力的培养；及时与学生进行有效沟通，布置课后作业，必要时进行习题讲解；将科研前沿引入课堂，使学生了解原子物理、量子力学和量子多体理论的研究现状和发展前景；开发并实施多媒体教学手段，使得课程的教学实施建立在现代教育技术平台之上。

考核方式：采用平时作业、课堂提问、和期末闭卷考试相结合的方式综合评价学生的成绩。

制定人：房铁峰审定人： 批准人： 日 期：

司明苏